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惯性载荷下飞行模拟器大臂结构的拓扑优化
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:《机械工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:O342[理学—固体力学;理学—力学] V416[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程;航空宇航科学技术]
  • 作者机构:[1]清华大学机械工程系,北京100084
  • 相关基金:国家杰出青年科学基金(51225503)和国家科技重大专项(2012ZX04008-041)资助项目.
中文摘要:

采用导重法对惯性载荷下、以转动惯量为约束的拓扑优化问题进行求解.导重法经过改进,可以得到固定载荷下以整体柔顺度为目标、以转动惯量为约束的拓扑优化迭代公式.考虑到迭代计算时惯性载荷本身随各向同性固体微结构惩罚模型(Solid isotropic micro-structures with penalization,SIMP)中的伪密度的变化,进一步推导重力作用下的单工况拓扑优化迭代公式和重力-离心力同时作用下的多工况拓扑优化迭代公式,并通过相应算例证明其可行性和有效性.将得到的迭代算法应用于飞行模拟器大臂的优化设计中,并将由此得到的拓扑形貌与商业化优化软件Optistruct中得到的结果进行比较.对比显示:该算法比传统的序列线性规划法(Sequential linear programming,SLP)或移动渐近线法(Method of moving asymptotes,MMA)的优化效果更佳,且二者的迭代效率差别不大.导重法为惯性载荷作用下以总体柔度为目标、以转动惯量为约束的拓扑优化问题提供新的有效的解决思路.

英文摘要:

The guide weight (GW) method is applied to solve the topology optimization problems subjected to inertial loads and with the constraint of the moment of inertia.The GW algorithm is improved and the iterative formulas for topology optimization problems with the object of minimum compliance and the constraint of the moment of inertia under fixed external loads are derived.Considering the density-dependent characteristic of inertial loads,the iterative formulas for single load of self-weight and the iterative formulas for multiple loads of self-weight and centrifugal forces are obtained respectively,then the feasibility and effectiveness of these algorithms are validated by calculating corresponding numerical examples.The above iterative formulas are applied into the topology optimization of the arm of flight simulator.After comparing with the results calculated by SLP or MMA utilized by Optistruct,it's not hard to see that GW is more advantageous than the above-mentioned algorithms in terms of both optimized compliance and the value of inertia of moment.Moreover,there aren't obvious differences between GW and these conventional methods at the aspects of convergence efficiency.The guide weight algorithm provides a new effective method for solving the topology optimization problems subjected to inertial loads with the constraint of the moment of inertia.

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期刊信息
  • 《机械工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:宋天虎
  • 地址:北京百万庄大街22号
  • 邮编:100037
  • 邮箱:bianbo@cjmenet.com
  • 电话:010-88379907
  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6686
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2187/TH
  • 邮发代号:2-362
  • 获奖情况:
  • 中国期刊奖,“中国期刊方阵”双高期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:58603